FR2613486A1 - Device for non-destructive microwave inspection of dielectric pieces or materials - Google Patents

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Abstract

Device allowing microwaves to be used to inspect the quality of state of integrity of a dielectric plastic or composite material. It comprises a microwave source 1 supplying a wave emitter 2 through an amplitude-and phase-analysis device 3 for the wave reflected by the piece 4. Electric voltages, which are respectively proportional to the phase and the amplitude of the reflected wave are thus formed and applied to an inspection oscilloscope 5 connected in Lissajous mode. The invention can be used, in particular, for inspecting the quality or state of integrity of pieces made from materials of dielectric nature.

Description

La présente invention concerne le secteur du contrôle des matériaux composites et plastiques, où des fibres leur conférant des propriétés mécaniques propres, sont noyées dans une matrice en résine. De façon plus générale, la présente invention se rapporte aux essais non destructifs de tous matériaux diélectriques.The present invention relates to the sector of control of composite and plastic materials, where fibers giving them their own mechanical properties, are embedded in a resin matrix. More generally, the present invention relates to non-destructive testing of all dielectric materials.

A notre connaissance, il n'existe pas a l'heure actuelle de dispositif de contrôle de ce genre basé sur l'utilisation des microondes.To our knowledge, there is currently no such control device based on the use of microwaves.

Le dispositif suivant l'invention permet de contrôler la disposition des fibres dans le matériau et en particulier de détecter si celles-ci présentent une orientation préférentielle. Il est possible également de détecter une fente, une inclusion, un vide ou une crique dans le matériau ; car cela se traduit bien évidemment par un défaut d'homogénéité. Une variation d'épaisseur du matériau est aussi mesurable.The device according to the invention makes it possible to control the arrangement of the fibers in the material and in particular to detect whether they have a preferential orientation. It is also possible to detect a crack, an inclusion, a vacuum or a crack in the material; because this obviously results in a lack of homogeneity. A variation in the thickness of the material is also measurable.

Le dispositif objet de l'invention (fig. 1) comporte une source d'onde électromagnétique (1) alimentant un projecteur d'onde servant également de récepteur d'onde (2) (capteur). Entre le capteur et le générateur est intercalé un dispositif d'analyse (3) du système d'onde stationnaire apparaissant par la superposition de l'onde émise par le générateur, et de l'onde réfléchie par le matériau ou pièce (4) en cours d'analyse. Cette pièce est, bien entendu, placée en face de l'émetteur d'onde. Le système d'analyse de l'onde est réalisé grâce à quatre diodes (5) reliés à quatre antennes (6) espacés de l/8 de la longueur d'onde.The device which is the subject of the invention (fig. 1) comprises an electromagnetic wave source (1) supplying a wave projector also serving as a wave receiver (2) (sensor). Between the sensor and the generator is inserted an analysis device (3) of the standing wave system appearing by the superposition of the wave emitted by the generator, and of the wave reflected by the material or part (4) in analysis course. This piece is, of course, placed in front of the wave transmitter. The wave analysis system is produced by four diodes (5) connected to four antennas (6) spaced 1/8 of the wavelength.

Les signaux fournis par chaque paire de diodes sont amplifiés par deux amplificateurs opérationnels (7) qui attaquent les plaques X et Y d'un oscilloscope (5) branché en visualisation de figures de LISSAJOU. Nous obtenons sur l'écran de cet oscilloscope un point. Si le système d'analyse est convenablement réglé, la distance de ce point au centre de l'écran est proportionnelle au module du coefficient de réflexion de l'onde sur le matériau ou pièce. The signals supplied by each pair of diodes are amplified by two operational amplifiers (7) which attack the plates X and Y of an oscilloscope (5) connected to display LISSAJOU figures. We get a point on the screen of this oscilloscope. If the analysis system is properly adjusted, the distance from this point to the center of the screen is proportional to the modulus of the reflection coefficient of the wave on the material or part.

Notons que si le générateur microondes délivre une puissance de fréquence fixe, mais dont l'amplitude est modulée en dents de scie, à 50 Hertz par exemple, on obtient sur l'oscilloscope un segment de droite joignant le point figuratif précédemment obtenu au centre de l'écran. La longueur de ce segment est proportionnelle au module du coefficient de réflexion. L'angle entre ce segment et l'axe X est égal à la phase du coefficient de réflexion.Note that if the microwave generator delivers a power of fixed frequency, but whose amplitude is modulated in a sawtooth fashion, at 50 Hertz for example, we obtain on the oscilloscope a line segment joining the figurative point previously obtained in the center of the screen. The length of this segment is proportional to the modulus of the reflection coefficient. The angle between this segment and the X axis is equal to the phase of the reflection coefficient.

Le système d'analyse décrit est en fait un réflectomètre en amplitude et en phase avec visualisation des résultats sur l'écran d'un oscilloscope.The analysis system described is in fact an amplitude and phase reflectometer with visualization of the results on the screen of an oscilloscope.

Il va de soi que Si l'on remplace ce type de reflectomètre par un montage différent mais conduisant au même résultat de visualisation, cela ne serait en fait qu'une variante de ce montage.It goes without saying that if we replace this type of reflectometer with a different assembly but leading to the same visualization result, this would in fact only be a variant of this assembly.

Le projecteur d'onde qui sert à la fois d'émetteur et de capteur est réalisé en guide d'onde standard fonctionnant sur le mode T E Ol ; ce qui implique compte tenu des caractéristiques de l'onde propagée, que celle-ci est polarisée rectilignement. Ce capteur peut être, soit fixé rigidement au système d'analyse, soit être relié à celui-ci par un câble coaxial souple assurant la propagation de l'onde de l'un à l'autre. Il peut être ainsi plus facile de positionner ce capteur en face du matériau contrôlé.Si l'on fait tourner la pièce ou le matériau à analyser autour d'un axe perpendiculaire à sa surface, on verra apparaitre sur l'écran de l'oscilloscope de visualisation, l'évolution du coefficient de réflexion, en amplitude et en phase, en fonction de la direction du champs par rapport à une ligne de référence tracée sur 'a surface du matériau : dans le cas d'un matériau à fibres directionnelles. Une anisotropie de la distribution des fibres, une fente, une inclusion, un vide ou une crique entraineront, lors du balayage de la surface du matériau par le capteur, une variation de l'onde réfléchie qui sera immédiatement détectée et représentée sur la système de visualisation.The wave projector which serves as both transmitter and sensor is produced in standard waveguide operating in T E Ol mode; which implies taking into account the characteristics of the propagated wave, that this one is polarized rectilinearly. This sensor can either be rigidly fixed to the analysis system, or be connected to the latter by a flexible coaxial cable ensuring the propagation of the wave from one to the other. It may thus be easier to position this sensor in front of the controlled material. If we rotate the part or the material to be analyzed around an axis perpendicular to its surface, we will see appear on the oscilloscope screen display, the evolution of the reflection coefficient, in amplitude and in phase, as a function of the direction of the field with respect to a reference line drawn on the surface of the material: in the case of a material with directional fibers. An anisotropy of the fiber distribution, a slit, an inclusion, a vacuum or a crack will cause, during the scanning of the surface of the material by the sensor, a variation of the reflected wave which will be immediately detected and represented on the system of visualization.

Pour renforcer la sensibilité du montage, il est possible de placer derrière la pièce sous test, un écran métallique plan, servant de réflecteur.To reinforce the sensitivity of the assembly, it is possible to place behind the part under test, a flat metal screen, serving as a reflector.

La fréquence du générateur micro-ondes est prise autour de 10 GHz. Il va de soi que si l'épaisseur de la pièce à étudier était plus forte, on pourrait choisir une fréquence plus faible. De même, une fréquence plus élevée serait plus appropriée à un matériau d'épaisseur plus mince. Il est préférable si l'on désire obenir une indication pour une zone bien précise de la pièce, d'utiliser un capteur dont l'extrémité sera chargée d'un diélectrique de forte permitivité. The frequency of the microwave generator is taken around 10 GHz. It goes without saying that if the thickness of the part to be studied was greater, we could choose a lower frequency. Likewise, a higher frequency would be more suitable for a material of thinner thickness. It is preferable if one wishes to obtain an indication for a very precise zone of the part, to use a sensor whose end will be charged with a dielectric of strong permeability.

La distance de ce capteur au matériau étudié peut-être nulle : au contact ou équivalente à plusieurs fois la longueur d'onde émise.The distance from this sensor to the material studied may be zero: on contact or equivalent to several times the wavelength emitted.

Le dispositif, objet de l'invention peut-être utilisé dans tous les cas ou il s'agit de contrôler la qualité ou l'état de santé de matériaux plastiques, composites ou diélectriques en général. Il permet d'apprécier l'homogénéité de répartition des fibres dans une-piece, de mesurer des épaisseurs, de détecter la présence de fissures, de vides, d'inclusions ou de criques et de les caractériser. The device, object of the invention can be used in all cases where it is a question of controlling the quality or state of health of plastic, composite or dielectric materials in general. It makes it possible to assess the uniformity of distribution of the fibers in a one-piece, to measure thicknesses, to detect the presence of cracks, voids, inclusions or cracks and to characterize them.

Claims (7)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle non destructif des matériaux plastiques ou1. Device for non-destructive testing of plastic materials or composites constitués de fibres liés par une résine composites made of fibers bonded by a resin - caractérisé par le fait que le système d'onde stationnaire provoqué - characterized by the fact that the standing wave system caused par la réflexion d'une onde sur ce matériau est analysé par un by the reflection of a wave on this material is analyzed by a système type reflectomètre où l'amplitude et la phase de l'onde reflectometer type system where the amplitude and phase of the wave réfléchie sont visualisées grâce à un montage oscilloscopique. reflected are visualized thanks to an oscilloscopic assembly. 2. Dispositif selon la revendicatidn 1 2. Device according to claim 1 - caractérisé par le fait que l'analyse de l'onde stationnaire est - characterized by the fact that the analysis of the standing wave is effectuée au moyen d'un dispositif placé entre le générateur et le performed by means of a device placed between the generator and the capteur. sensor. 3. Dispositif selon la revendication 1  3. Device according to claim 1 - caractérisé par le fait que l'antenne du capteur peut avoir des - characterized in that the sensor antenna can have formes quelconques et même être chargée par un diélectrique de any shapes and even be charged by a dielectric of forte permitivité. strong permissiveness. 4. Dispositif selon la revendication 1 4. Device according to claim 1 - caractérisé par le fait que les informations sur la qualité et - characterized by the fact that information on the quality and l'état de santé du matériau sont visualisés sur un oscilloscope. the state of health of the material are visualized on an oscilloscope. 5. Dispositif selon la revendication 1  5. Device according to claim 1 - caractérisé par le fait que le reflectomètre analysant l'onde réflé - characterized by the fact that the reflectometer analyzing the reflected wave cie est constitué par un système à quatre diodes reliées à des is made up of a system with four diodes connected to sondes situées dans le guide d'onde d'améné de l'énergie micso-ondes  probes located in the microwave energy waveguide et espacées de 1/8 de la longueur d'onde. and spaced 1/8 of the wavelength. 6. Dispositif selon la revendication 1 6. Device according to claim 1 - caractérisé par le fait que la sensibilité de détection du reflec - characterized by the fact that the detection sensitivity of the reflec tomètre peut-être augmentée en plaçant derrière la pièce un écran tomometer can be increased by placing a screen behind the room métallique plan. metallic plane. 7. - Dispositif selon la revendication 1 et la revendication 2 7. - Device according to claim 1 and claim 2 - caractérisé par le fait que le capteur peut-être relié au dispo - characterized by the fact that the sensor can be connected to the available sitif d'analyse de manière fixe ou de manière mobile par l'inter analytically fixed or mobile via médiaire d'un câble coaxial.  coaxial cable.
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